港口机械装备是现代海港物流高速发展的重要支柱,其典型构件尺寸超大,采用焊接工艺组装,焊接工作量大,有时难免会产生缺陷,需要打磨维修。当前依靠人工打磨效率低、质量差,打磨工人劳动强度大,工作环境恶劣,急需使用机器人打磨来提高港机生产效率,保证打磨质量的统一性。论文基于港机构件尺寸超大、结构复杂的特点,采用多机器人对其进行打磨相关技术的研究。针对港机构件焊缝打磨过程中打磨力控困难,打磨缺陷焊缝的精确定位难度大,以及港机超大典型构件的机器人打磨路径规划中存在的任务分配、优化以及避障等关键问题开展研究,具体工作如下:(1)构建港机大型构件打磨系统根据港机构件打磨需求,搭建构件打磨实验平台,包括:机器人视觉引导打磨焊缝缺陷的定位技术平台,本平台利用Halcon软件进行图像处理,结合QT开发软件作为上位机,实现了视觉定位平台的一体化;以ROS系统和Matlab软件为载体,结合可视化工具Rviz、Moveit!运动规划库搭建的多机器人打磨仿真系统。(2)焊缝缺陷打磨力控技术首先研究港机构件表面缺陷焊缝打磨机理,并以焊瘤和带有缺陷的长焊缝为打磨对象进行受力分析;然后通过建立港机构件加工参数估计模型、期望打磨力测算模型,结合阻抗控制原理,提出基于加工量的力自适应阻抗控制策略;最后利用Matlab工具搭建力控模型,验证模型的有效性。结果表明,无论环境刚度是否发生改变,本文所提力控策略都能保持实际打磨力的稳定输出。(3)多机器人打磨路径规划及任务分配针对港机大型构件结构特点,建立打磨仿真系统。将构件待打磨焊缝位置信息抽象为离散数据,结合K-means算法实现了多机器人打磨点的任务分配;基于单机器人所分打磨任务,提出改进PSO算法,解决了多机器人打磨点优化排序问题;分析构件打磨避障工况,利用AABB包围盒法进行机器人碰撞检测,并对比RRT算法和RRT*算法避障性能,最后采用效果更优的RRT*算法,基于Matlab和ROS等平台,实现了港机构件机器人打磨时的可靠避障。仿真结果表明,改进粒子群算法对打磨机器人所分任务的优化排序性能均优于传统的粒子群算法;RRT*算法可以实现港机构件打磨机器人的有效避障。(4)焊缝缺陷定位与识别对视觉定位平台进行相机标定、手眼标定等工作,采用工业相机采集焊缝图像,结合图像处理技术,完成焊缝RGB图像的灰度化,利用邻域平均法和阈值分割法对焊缝图像降噪及分割,最后提取焊缝获得位置信息,并通过实验室打磨系统进行验证。实验结果表明,视觉定位平台可实现对构件缺陷焊缝的精确定位。综上所述,针对港机构件尺寸超大、结构复杂的特点,论文提出的基于加工量的力自适应阻抗控制策略,实现了基于加工量动态调整的焊缝打磨力控技术,解决了港机超大典型构件的机器人打磨路径规划中存在的任务分配、优化以及避障等问题,并通过视觉引导实现待打磨缺陷焊缝的精确定位,为港机等大型构件的机器人打磨提供了技术支撑。